Concours CPGE 2026 - Banque PT - Épreuve de Sciences Industrielles B – Centrifugeuse de précision pour la calibration de capteurs accélérométriques

publié le 15 mai 2026 par Olivier TOURVIEILLE

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Description

Les accéléromètres sont largement utilisés, que ce soit dans les produits grand public (smartphone), pour l'automobile, l'aéronautique ou les domaines militaires, pour mesurer l'inclinaison, l'accélération ou les vibrations. Ce type de capteur doit néanmoins être calibré au préalable pour fournir à l'utilisateur futur le lien entre la sortie (une tension par exemple) et l'entrée du capteur (l'accélération vue par le capteur). Cette procédure de calibration nécessite d'imposer un ensemble d'entrées connues sur le capteur et de mesurer les sorties correspondantes.

La société Exail conçoit, réalise et commercialise des centrifugeuses de pointe permettant de tester avec précision les accéléromètres linéaires et les centrales inertielles de haute performance. De façon très schématique, une centrifugeuse est constituée d'un bras de longueur L mis en rotation autour d'un axe fixe. En plaçant l'accéléromètre à calibrer en bout de bras, celui-ci est soumis à une accélération centripète dont l'intensité est directement liée à la vitesse de rotation du bras. Ainsi, la connaissance de la vitesse de rotation permet de déterminer l'entrée du capteur, et la mesure de sa sortie permet de déterminer un point de calibration. En répétant cette opération pour un ensemble de vitesses de rotation, le capteur peut être calibré sur toute sa plage de fonctionnement.

En pratique, ce comportement peut être variable en fonction de la température. La société prévoit de placer le capteur en bout de bras dans une chambre climatique (aussi appelée étuve dans la suite), dont la température et l'humidité sont pilotées. En répétant la calibration pour différents niveaux de température, le comportement du capteur est alors connu sur toute sa plage de fonctionnement et pour toutes les températures représentatives de son futur environnement de fonctionnement.

Enfin, pour des raisons évidentes de gain de temps, ce sont plusieurs capteurs qui peuvent être montés en bout de bras sur un même plateau support, au sein de l'étuve. Cet ensemble de capteurs et éléments associés constitue la charge utile de la centrifugeuse.

La gamme des centrifugeuses conçues par Exail est assez large. Elle permet de calibrer un ensemble de capteurs allant jusqu'à 200 kg, avec une accélération imposée allant jusqu'à 100 fois la gravité (100.g), et une précision de 0,01 % sur l'accélération imposée. L'objet de la présente étude est la centrifugeuse CTR-20 pouvant embarquer un ensemble de capteurs allant jusqu'à 20 kg.

Partie I - Caractéristiques de la centrifugeuse

Objectif : Dans cette partie, on souhaite déterminer les caractéristiques principales de la centrifugeuse étudiée, à savoir la vitesse de rotation à atteindre permettant d’obtenir l’accélération centripète maximale voulue, et le couple moteur nécessaire pour l’actionner et atteindre cette vitesse maximale en un temps raisonnable

I.1 - Gamme d'accélération centripète

I.2 - Temps de montée en régime

Partie II - Validation de l'exigence de sécurité

Objectif : Dans cette partie, on se focalise sur la sécurité du système. En particulier, on souhaite pouvoir détecter un défaut de chargement du bras (chargement non symétrique) et assurer que le guidage en rotation du bras a une durée de vie suffisante

II.1 - Détection d'un défaut de chargement

II.2 - Réalisation et durée de vie de la liaison pivot

Partie III - Précision de l'accélération imposée

Objectif : L’objectif de cette partie est de vérifier les exigences liées à la précision de l’accélération imposée au capteur ; pour cela, on étudie notamment les effets des déformations du bras dues aux chargements mécaniques et thermique

III.1 - Allongement du bras sous chargement centrifuge

III.2 - Allongement du bras sous chargement thermique

III.3 - Conclusion et préconisations

Partie IV - Proposition d'une évolution technique

Objectif : Le constructeur souhaite limiter l’impact de la flexion du bras sur la précision de l’accélération imposée au capteur accélérométrique. Pour cela un dispositif mécanique motorisé est proposé. L’objectif de cette partie est de pré-dimensionner ce dispositif.

Le sujet et le corrigé de cette épreuve sont également disponibles sur le site de l’UPSTI (Union des Professeurs de Sciences et Techniques Industrielles) :

https://www.upsti.fr/espace-etudiants/annales-de-concours

Compétences évaluées